Ingineria Roboticii 1 [306320]

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII DE MAȘINI

SPECIALIZARE : ROBOȚI INDUSTRIALI

DISCIPLINA : INGINERIA ROBOTICII

Proiect Ingineria

Roboticii

Coordonator:

Prof. Dr. Ing. Florin Popister

Anul universitar: Student:

2015 – 2016

Grupa: 1531

Cuprins:

Cap.1: Documentare despre Robotii Industriali…………………………………..pag.3

Cap.2: Structura unui robot……………………………………………..pag.11

Cap.3: Alegerea mecanismului de orientare…………………………….pag.16

Cap.4: Calculul puterilor………………………………………………..pag.18

Cap.5: Alegerea motoarelor……………………………………………………………..pag.20

Cap.6: Designul mecanismului de orientare………………………………………pag.24

Cap.7: Analiza cu element finit…………………………………………pag.34

Cap.8: Bibliografie………………………………………………………pag.45

Cap.1: Documentare despre Robotii Industriali

Roboti ABB:

[anonimizat]. Aceste soluții ajută producătorii pentru îmbunătățirea productivității, a calității produselor și siguranța lucrătorilor. ABB a instalat mai mult de 200.000 de roboti la nivel mondial.

Cu mai mult de 35 de ani de experienta si mai mult de 200.000 [anonimizat], integrarea și punerea în aplicare a roboticii industriale și a sistemelor de automatizare de fabricație.

ABB Robotics oferă o [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], ambalare (cules, ambalare și paletizare) și aplicații pentru mașini care supravegheaza.

În 2011 ABB achiziționează într-o tranzacție Baldor Electric (SUA) pentru 4,2 miliarde $.

La data de 30 ianuarie 2012 ABB Group a achizitionat într-o tranzacție Thomas & Betts pentru suma de 3,9 miliarde $. La 15 iunie, 2012, ABB a finalizat achiziționarea tehnologiei comerciale și industrial wireless TROPOS.

În iulie 2013 ABB a [anonimizat]-o tranzacție pentru suma de 1 miliard $, pentru a deveni cel mai mare producător mondial de invertoare solare.

Roboti KUKA:

KUKA este un producător german de roboți industriali și soluții pentru automatizări industriale. KUKA Robotics Corporation are 25 [anonimizat], Canada, Mexic, Brazilia, China, Japonia, Coreea, Taiwan, India, Rusia și majoritatea țărilor europene. [anonimizat].

Roboți industriali sunt utilizati într-o [anonimizat], [anonimizat], sudare cu arc electric. [anonimizat], [anonimizat], cum ar fi industria aerospațială.

Roboti mici: Fie că este vorba de rapidul SCARA cu 4 axe sau roboți cu 6 [anonimizat].

Roboti cu sarcina mica: (de la 5 kg la 16 kg): [anonimizat], [anonimizat].

Roboti cu sarcina medie: (de la 30 kg pana la 60 kg): aplicatiile pentru acesti roboți de sarcină utilă medie variază de la sarcini de manipulare simple la operații complexe, cum ar fi măsurarea curenților de aer în tunelul de vânt .

Roboti cu sarcina mare(de la 90 kg la 300 kg): roboții KUKA din aceasta gama sunt căutati în special pentru sudare, manipulare și sarcini de încărcare / descărcare.

Roboti cu sarcina foarte mare (de la 300 kg la 1300 kg): Cu sarcini utile de până la 1300 kg, aceste roboți pot manipula panouri laterale în construcția de automobile sau în industria băuturilor sau a materialelor de construcție.

Roboti FANUC:

FANUC este unul dintre cei mai mari producatori de roboți industriali din lume. Acesta face parte din grupul Furukawa Group. FANUC a avut inceputurile sale ca parte a Fujitsu si a dezvoltat un control timpuriu numeric (NC) și sisteme servo. Numele companiei este un acronim pentru Factory Automation Numerical Control.

În 1972, divizia Computing Control a devenit independentă și Fanuc Ltd a fost înființată. FANUC are filiale și birouri de vânzări pe 5 continente si in peste 22 de țări.

FANUC Robotics America de Corporation (1992-2013) este responsabil pentru operatiunile de automatizare robotizata în America de Nord și de Sud, cu peste 240.000 de roboți instalati. El a produs de asemenea, software-ul, controale și produse de viziune care ajuta in dezvoltarea sistemelor robotizate.

Fiecare model de controler este de obicei disponibil cu mai multe optiuni de control al dispozitivului, în funcție de ce funcții software sunt licențiate pentru utilizarea pe acel dispozitiv. Unele capacități comune de control sunt:

• M – Milling

• T – Turning

• TT – Twin Turret

• P – Punch press

• G – Grindin

Roboti Yaskawa Motoman:

Yaskawa Motoman produce automatizari robotizate pentru aplicatii industriale si robotizate, inclusiv sudura cu arc, asamblare, de acoperire, distribuire, decupare materiale (cu laser, cu plasmă, cu jet de apă), manipularea materialelor, îndepărtarea materialelor și sudare. Potrivit site-ului oficial al Yaskawa Motoman, Yaskawa Motoman este a doua cea mai mare companie de roboti in America de Nord si de Sud.

Linia de produse include mai mult de 175 de modele de roboti distincti și o linie completă de soluții de inginerie, care sunt celule complete de lucru pentru aplicații specifice, inclusiv roboti, proces și echipamente de siguranță.

Clasificarea roboților industriali are la bază mai multe criterii:

Sunt prezentate principalele dintre acestea și tipologia roboților industriali conform criteriilor de clasificare.

După forma mișcării, roboții industriali pot fi:

A.1) Robot cartezian – sunt robotii ai căror braț operează într-un spațiu definit de coordonate carteziene;Optimizarea sistemelor flexibile de producție (SFP) prin robotizare
A.2) Robot cilindric –este similar, dar spațiul este definit în coordonate cilindrice;
A.3) Robot sferic (care mai este numit si polar) – similar, dar spațiul este definit în coordonate sferice (numite si polare);
A.4) „Prosthetic robot”  – reprezinta un manipulator care are un braț articulat;
A.5) Roboți în alte tipuri de coordonate – sunt definiți în mod corespunzător.
În figură sunt prezentate schemele  reprezentative a trei tipuri de roboți conform acestui criteriu de clasificare.

Tipuri de roboți industriali (R.I.)
a) – Robot (manipulator) în coordonate carteziene; 
b) – Robot în coordonate cilindrice; 
c) – Robot în coordonate sferice.

După informația de intrare și modul de învățare, criteriu după care roboții se clasifică în:

B.1) Manipulator manual  –care este acționat direct de om;

B.2) Robot secvențial – are anumiți pași ce „ascultă” de o procedură predeterminată.

B.3) Robot repetitor (robot playback). Pentru început omul învață robotul o procedură de lucru, acesta memorează procedura, apoi o poate repeta ori de 
câte ori este nevoie;

B.4) Robot cu control numeric. Robotul execută operațiile cerute în conformitate cu informațiile numerice pe care le primește despre poziții, succesiuni de operații și condiții;

B.5) Robot inteligent  – este acela care își decide comportamentul pe baza informațiilor primite prin senzorii pe care îi are la dispoziție și prin  posibilitățile sale de recunoaștere.

C) După numărul gradelor de libertate ale mișcării robotului :

C.1) Roboți cu un număr mic (2-3) de grade de libertate;
C.2) Roboți cu un număr mediu (4-5) de grade de 
libertate;
C.3) Roboți cu un număr mare (6-7) de grade de libertate.

Robot SCARA

.

Robot cilindric

3.Robot paralel:

4.Robot articulat:

D) După metoda de control, roboții industriali pot fi:

D.1) Manipulatoarele simple (grupele B.1 și B.2):
– Dispun în general de 2-3 grade de libertate
– Mișcările sunt controlate prin dispozitive, funcționând pe principiul „tot sau nimic”
– Capacitatea și suplețea sunt limitate
D.2) Roboți programabili (grupele B.3 și B.4):
– Au numărul gradelor de libertate mai mare decât 3
– În general robotul este independent de mediu, fiind lipsit de capacități senzoriale și lucrând în buclă închisă
D.3) Roboții „inteligenți”, sunt dotați cu capacități senzoriale, lucrând în buclă închisă, având sisteme de coordonare, între „simțuri” și organele de 
execuție.

E) După caracteristicile de comandă s-au stabilit patru tipuri de bază pentru roboți industriali și anume:

E.1) Tip A, cu servocomandă și conturare
E.2) Tip B, cu servocomandă punct cu punct
E.3) Tip C, fără servocomandă, programabil
E.4) Tip D, neprogramabil, cu dispozitive de transfer „pick and place”

F) După tipul de comandă și performanța inteligenței artificiale, roboții industriali se pot clasifica în 3 generații:

F.1) Roboții industriali de generația 1 – acționează pe baza unui program flexibil, dar prestabilit de  programator și care nu se poate schimba în timpul 
execuției operațiilor.
F.2) Roboții industriali din generația 2 – se caracterizează prin faptul că programul flexibil prestabilit de  programator poate fi modificat în măsură restrânsă, în urma unor reacții specifice ale mediului.
F.3) Roboții industriali din generația 3 – posedă însușirea de a-și adapta singuri, cu ajutorul unor dispozitive logice, în măsură restrânsă propriul program la condițiile concrete ale mediului ambiant, în vederea optimizării operațiilor pe care le execută.

Cap.2: Structura unui robot:

Structura unui robot este, defapat, un sistem compus din mai multe subsisteme. Sistemul este un ansamblu de parti componente, elemente, si legaturile dintre acestea. Elementele care compun acest sistem se numesc subsisteme.

Robotul este un sistem de rangul 1, si se aseamana, constructiv, cu sistemul unui om, la fel si subsistemele robotului.

Schema bloc al structuri unui robot este:

In cazul general un robot industrial trebuie sa realizeze:

–        actiuni asupra mediului inconjurator, cu efectori finali;

–        perceptie, pentru a culege informatii din mediul de lucru, cu senzori si traductori;

–        comunicare, pentru schimb de informatii;

–        decizie, in scopul realizarii unor sarcini.

Pentru realizarea acestor functii, structura unui robot este alcatuita din:

–        sistemul mecanic;

–        sistemul de actionare;

–        sistemul de programare si comanda;

–        sistemul senzorial.

Sistemul  mecanic este constituit din mai multe elemente legate intre ele prin cuple cinematice.

Sistemul de actionare serveste la transformarea unei anumite energii in energie mecanica si transmiterea ei la cuplele cinematice conducatoare.

Sistemul de comanda si programare este un ansamblu de echipamente si de programe care realizeaza miscarea robotului.

Sistemul senzorial reprezinta un ansamblu de elemente specializate transpunerea proprietatilor ale diferitelor obiecte in informatii.

Sistemul mecanic al robotului are rolul sa asigure realizarea miscarilor acestuia si transmiterea energiei mecanice necesare interactiunii cu mediul. Adica are sarcina de a deplasa un obiect. Partea din sistemul mecanic care realizeaza aceasta deplasare se numeste dispozitiv de ghidare sau manipulator.

Se intelege prin manipulare modificarea situarii in spatiu a unui obiect. Utilizarea mainii de catre om a determinat formarea cuvantului de manipulare. Manipularea obiectului se realizeaza prin modificarea situarii bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. In acest scop, baza efectorului final este solidarizata cu un element al dispozitivului de ghidare.

Dispozitivul de ghidare are rolul de a da efectorului final miscarile si energia mecanica necesara miscari in conformitate cu actiunea necesitata asupra mediului. Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat acestei interactiuni este efectorul final.

Efectorul final al robotului care manipuleaza obiecte se numeste dispozitiv de prehensiune. Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul si partea de baza a dispozitivului de prehensiune formeaza o cupla cinematica de clasa a VI-a, inchisa deobicei prin forta.

Zona de lucru: proiectia in plan orizontal a zonei in care activeaza mecanismele functionale mobile ale robotului, aceasta incluzand si suprafata ocupata de sistemul mecanico-cinematic al robotului.

Raza maxima de actiune: raza maxima la care ajunge punctul caracteristic al mecanismului de prindere, masurata de la centrul de pivotare al robotului.

Volumul de lucru:

Se apreciaza prin forma si dimensiunile robotului

Dimensiunile volumului de lucru sunt determinate de valoarea curselor elementelor mobile, precum si de locul dispunerii cuplelor cinematice pe structura robotului

Determina dimensionarea pe orizontala si pe verticala a celulelor flexibile robotizate.

Specification:

Robot versions Reach Handling Center of Max. wrist

IRB capacity gravity torque

IRB 7600-500 2.55 m 500 kg 360 mm 3010 Nm

IRB 7600-400 2.55 m 400 kg 512 mm 3010 Nm

IRB 7600-340 2.8 m 340 kg 360 mm 2750 Nm

IRB 7600-325 3.1 m 325 kg 360 mm 2680 Nm

IRB 7600-150 3.5 m 150 kg 360 mm 1880 Nm

Schema structurala modulara a robotului:

In urmatoarele figuri (a,b,c,d) se prezinta desenele de subansamblu ale unor module de roboti.

Cap.3: Alegerea mecanismului de orientare

Schema organologica:

Schema cinematica:

Pentru proiectarea unor ansamble sau subansamble mecanice cu funcțiile principală și auxiliare definite, se impune cunoașterea în detaliu a stadiului actual al realizărilor practice în domeniu.

In aceasta schema se prezintă simbolic transmisiile mecanice pentru realizarea mișcărilor de orientare, lagărele cuplelor, precum și cele din subsistemele de antrenare ale acestora și elemente constructive semnificative, mai ales cele de tip carcasă.

In fig 5.3 se prezintă schema structural-constructivă a mecanismului de orientare trimobil, cu axe neconcurente, din fig.5.4. Antrenarea cuplelor de orientare se face prin angrenajele conice: 1-1', 2-2', 3-3', 4-4', pentru mișcarea I (rotirea suportului prehensorului față de carcasa D); 5-5', pentru mișcarea II (rotirea carcaselor C și D față de carcasa B); 6-6', pentru mișcarea III (rotirea relativă a carcaselor D și C). Mișcările relative dintre elementele active se realizeaza cu ajutorul rulmentilor radiali cu bile – d, e, g și h si cu rulmenți radial-axiali cu bile dubli. Această soluție constructivă se remarcă prin concentricitatea mișcărilor de intrare.

Cap.4: Calculul Puterilor

Date de intrare:

v=150 deg/s

a=136 deg/s^2

d=260 mm

m=1.3 kg

Se transforma:

Cap.5: Alegerea motoarelor

Pentru primul motor (193 W) se alege:

TMotor UAV Brushless Motor MS2216 900Kv

Descriere:

High performance and powerful UAV brushless multi-rotor motor

Specifically designed for multi-rotors

Continuous power (W) 180S: 198W (maximum)

Efficiency: (2-12A)> 78% (maximum)

Dimensiuni:

Motor size: Φ27.7mm (Diameter) x 33.5mm (Length)

Weight: 75g

Pentru al doilea motor(219 W) se alege:

TMotor UAV Brushless Motor MT2212 1100Kv

Descriere:

• Configuration: 12N14P
• Maximum continuous current 180S: 21A
• Maximum continuous power 180S: 250W
• Internal resistance: 98mΩ
• Maximum efficiency current: (3-10A)>83%
• No. of Cells (Lipo): 3-4S

Dimensiuni:

Motor size (Diameter x Length): Φ27.5 x 28mm

• Shaft diameter: 3.17mm

• Stator diameter: 22mm

• Stator length: 12mm

• Weight (g): 55g

Pentru al treilea motor( 254 W) se alege:

TMotor UAV Brushless Motor MS2814 770Kv

Descriere:

High performance and powerful UAV brushless multi-rotor motor

Specifically designed for multi-rotors

Continuous power (W) 180S: 430W (maximum)

Efficiency: (6-16A)> 76% (maximum)

Maximum continuous current (A) 180S: 30A

Maximum efficiency: (6-16A)> 76%

Internal resistance: 100mΩ

Dimensiuni:

Motor size: Φ35 (Diameter) x 36mm (Length)

Weight (g): 125g

Cap.6: Designul mecanismului de orientare

Asamblare:

Sectiune:

Cap.7: Analiza cu element finit

Flansa

Carcasa:

Cap.8: Bibliografie

1.Blebea I, Ispas V, Proiectarea Robotilor Industriali

2. Blebea I, Ispas V, Calculul si constructia Robotilor Industria